安森美半导体汽车音响及信息娱乐系统方案

过去，汽车娱乐系统基本上指的就是音响系统。如今，越来越多消费领域的功能正逐步应用到汽车中，使得现代汽车信息娱乐系统已经取代传统的汽车娱乐系统。当今的汽车搭载了先进的信息娱乐系统，包括导航、音响、远程信息处理、紧急呼叫、USB、蓝牙、SD卡、HDMI和视频等。安森美半导体凭借其汽车电子方面的技术优势和能力，为当今及今后的汽车音响及信息娱乐系统提供一系列的电源管理IC、保护器件、信号调理IC、显示驱动IC、信号处理IC等系统所需产品。
 
1. 电源管理方案
 
1) 用于车载收音机及仪表盘系统的双芯片电源方案
NCV8614B和NCV8855(图1)是安森美半导体的电源管理单元(PMU)，集成了线性稳压器、开关电源、高边开关、缓冲器，以及输入/输出端口。其高度集成性有助于降低系统成本和体积。结合使用NCV8614B和NCV8855，可以为汽车收音机或仪表盘系统提供完整的电源解决方案。其中，NCV8614B是多路输出的线性电源管理芯片，其电压自适应功能可自动根据输入电压选择，适用于车载收音机设备和仪表盘系统电源。
 

图1：结合使用NCV8614B和NCV8855的汽车收音机系统框图

 
NCV8855可满足一些特色应用中不同可调输出电压、不同电流及不同功能设置需求。该芯片集成了一路高边开关、一路降压(Buck)控制器、一路内置开关管的2A输出降压转换器，以及两路线性电源控制器，可为多种负载供电，如车载收音机设备的调谐器、CD机逻辑电路、音频处理器、CD机或磁带的控制电路。
 
2) 带电流检测的有源天线LDO
带电流检测的LDO(低压降线性稳压器)能提供精确可调的电流限值，满足特殊应用需求，并可为单片机提供模拟或数字诊断信息，使MCU能够据此采取保护措施(如过载时关闭LDO或断开负载)；还能提供电池/偏置电压反接保护、输出对电池短路保护、输出对地短路保护，以及热关断保护等功能。
 
安森美半导体的NCV47700(6%输出精度)和NCV47701(3%输出精度)是350 mA可调输出电压低压降线性稳压器，集成了电流检测及诊断和系统保护等功能。在10 mA至350 mA的负载电流范围内，电流镜像精度可保证在±10%(Iout/ICSO)，从而可通过接在CSO引脚的电阻R_CSO的压降得到控制系统所需的准确的输出电流值。
 
NCV47700/01既可以配置为输出可调稳压器，将输出电压设置为所需值，也可以配置为高边开关。相比传统分立器件方案，采用NCV47700/01的有源天线电源解决方案能够大幅减少元器件数量和PCB面积。

图2：NCV47700/01应用电路图。

 
3) 开关电源方案
a) 升压(Boost)/反激(Flyback)/SEPIC开关电源控制器
NCV8871、NCV8873和NCV898031是可用于多种拓扑(升压、反激和SEPIC)开关电源控制器，具有宽范围工作电压(3.2 V至45 V)，以及10 μA的极低关断电流，可提供高性价比的照明解决方案。
 
NCV8871和NCV8873的出厂可编程开关频率为170 kHz至1 MHz。NCV8873的反馈基准电压仅为0.2 V(可以采用低阻值电流检测电阻，以减少电流检测电阻功耗)，非常适用于需要恒流控制的应用，如LED驱动器。NCV898031则是一款开关频率高达2 MHz的产品，较高的频率可以采用更小的滤波器件(输出电容和电感)，从而降低系统成本。
 
b) 低压降降压开关电源控制器
NCV8852是一款驱动外接P沟道MOSFET、输出可调非同步降压(Buck)开关电源的控制器。它采用峰值电流控制，内置斜坡补偿及给门级驱动供电的稳压器，其特点包括：睡眠模式下的低静态电流；输出可调，反馈基准电压为800 mV±2%；宽电压输入范围(3.1 V至44 V)；可编程开关频率；内部软启；欠压锁定；频率可由外部时钟同步；100%最大占空比；逐周期限流模式，限流值可编程；打嗝式过流保护及短路保护。
 
c) 直接与电池连接的降压开关电源
在车载信息娱乐系统的电源应用中，采用频率高达2 MHz的NCV890xx系列可以省去EMI滤波器，减少所需的外部元件数目；保证在18 V输入、最低3.3 V输出条件下不出现跳周期情况。该系列产品中有多种电流等级和功能的产品可供选择。其特点包括：最大输出电流为1.2 A、2 A、3 A三个系列；抛负载保护电压为40 V 和 45 V两个等级；同步信号输入及同步信号输出；输出正常指示/开漏输出/复位开漏输出；内部产生展频；以及欠压锁定、自适应降频、峰值电流限制、热保护、睡眠模式下低静态电流。
 
d) 可用于开关电源的中等电压MOSFET
安森美半导体是多个市场的主要MOSFET供应商。公司发挥在计算机及通信市场积累的优势和经验，开发汽车级高性能MOSFET产品。安森美半导体除了提供平面型MOSFET系列，还提供40 V到60 V的沟槽型MOSFET系列产品。与平面型技术相比，沟槽型技术可以设计出更低导通阻抗(Rds(on))的产品。下表中列出的是可与安森美半导体不同开关电源方案结合使用的MOSFET产品。

表1：针对不同汽车信息娱乐系统开关电源方案的中等电压MOSFET产品选择

 
4）音频系统多路输出电源管理芯片(PMIC)
LV5680P是音频系统多路输出电源管理芯片，集成了4路低压降线性稳压器、两路高边开关、辅助电源检测，以及连接到VDD的高边开关等，可以减少系统元件数量。LV5680P的特点包括：4路线性稳压器，2路连接到VCC的高边开关，2路连接到VDD的高边开关；所有输出均采用P沟道LDMOS(横向扩散金属氧化物半导体)；可耐受高达50 V的尖峰电压；内置过流保护、过压保护、过温保护；可开发系统。
 
安森美半导体提供一系列的汽车级线性稳压器，其中包括可直接与电池连接的高压产品，以及次级低压输入的产品，输出电流50 mA至1 A以上。。
 
2. 音频解决方案
安森美半导体的音响娱乐系统解决方案如图4所示，涵盖电子音量、板上系统调谐器/RDS、ADC/DAC/EVR、音频功率放大器、DAB接收器、IBOC解码器、DAB解码器、系统控制器、LCD驱动器、MP3/WMA/AAC解码器、CD-DSP、USB主机控制器、内置闪存、电机驱动器等。

图3：音响娱乐系统解决方案

 
DSP收音机调谐器系统LV25810具有增强的多路径噪声抑制、I²C通信接口、标准AM/FM全球广播/FM/LOW-IF、HD无线广播等功能。而CD控制器LC786961提供CD伺服控制、CD信号处理、压缩的音频解码处理、音频信号处理、USB主机处理和SD存储卡主机处理。
 
LC786800是支持现在和将来所有有助于改进驾驶体验综合功能的DSP调谐器。相对传统模拟调谐器，它减少了52个外围元器件。它也是一个音频信号解码DSP，提供音频信号处理、压缩音频的编码/解码处理、USB主机处理、SD存储卡主机处理、电子音量控制。
 
另外，安森美半导体还提供有FM混合调谐器、RDS和RBDS标准解调器、电子音量控制和B类功放等音频解决方案。
 
3. LED/LCD驱动解决方案
 
安森美半导体的LED/LCD驱动解决方案适用于汽车内部照明和显示面板驱动。
1) 汽车音响及信息娱乐系统显示面板LCD驱动
LCD驱动器LC75879通过外围单片机控制LCD驱动(位驱动和段码驱动)；串行数据输入支持CCB格式通信；与显示控制相关的附加功能包括：按键输入、通用输出端口、调节背光亮度的PWM输出，以及LCD显示器对比度调节。
 
2) 内部照明LIN接口RGB LED驱动器
作为低成本串行通信协议LIN总线RGB LED驱动器，NCV7430(图3)集成了LIN收发器、RGB LED驱动及存储器。这种汽车内部彩色照明单芯片解决方案可通过LIN总线接口设置参数来调节LED颜色及亮度。芯片直接从LIN总线接收命令，驱动RGB LED。NCV7430作为系统中一个LIN从节点，主节点可通过总线读取特定状态信息(参数值和错误标志)。其LIN节点地址可通过内部编程进行固化。NCV7430完全兼容汽车级的各项需求。
 

图4：NCV7430RGB LED驱动器

 
3) 内部照明恒流稳流器
两端恒流源稳流器件(CCR)为LED稳流控制提供了简单而高性价比的强固解决方案。CCR无需外接额外器件就可实现恒流，而且可任意配置为高边或低边恒流稳流器。该系列产品可在较宽输入电压范围内调节输出电流，并具有负温度系数特性，使LED在极端的工作电压及工作温度下避免热失控。其多种工作电压版本可满足不同应用需求(45 V，50 V，and 120 V)，并且可以承受电池的抛负载工况。
 
4. 保护器件
安森美半导体提供的各种针对汽车音响信息娱乐系统的保护器件均采用领先的低钳位电压技术，可防止外部接口因ESD浪涌而损坏。
 
1)  USB 2.0保护器件
NUP4114UPX、ESD7L5.0等器件是针对高速数据信号对(D+、D-)及Vbus的低电容ESD保护，最多可以同时保护两个USB端口；EMI2121则是针对高速数据信号对(D+、D-)及Vbus的共模滤波器及低电容ESD保护，可实现集成EMI抑制及ESD保护。
 
2)  USB 3.0保护器件
ESD7008等器件可插入式走线，不改变原来走线，对两对超高速信号、一对高速信号及VCC提供低容值ESD保护。
 
3)  HDMI保护器件
ESD7004、MG2040高速信号采用插入式走线布局，对四对高速信号(最高六路额外的信号线)提供低容值ESD保护。
 
此外，安森美半导体还提供各种汽车级运算放大器和比较器、满足舒适和娱乐系统个性化需求的EEPROM、有效帮助PWM控制器抑制EMI的电路保护方案P6P82PS01A、USB音频过采样时钟发生器、用于显示接口的有源EMI方案、时钟产生器和分配器、可靠的标准逻辑系列，以及多种选择的汽车级小信号分立器件。与上述解决方案一样，这些元件均具有汽车级品质、强固和高性能的特点，有助于设计人员满足汽车应用严苛的环境及性能要求。